白花草木樨结瘤缺失型突变体的结瘤表型及生物量分析

doi:10.11686/cyxb2022464

摘要/Abstract

摘要：

为研究草木樨共生固氮的形成机制，以白花草木樨野生型Ma389经甲基磺酸乙酯（EMS）诱变后的Ma58、Ma61和Ma62结瘤缺失型突变体为材料，接种苜蓿中华根瘤菌SM1021后对其结瘤表型和生物量进行了分析。结果表明：突变体Ma58、Ma61不形成侵染线和根瘤原基，突变体Ma62不形成侵染线，且只形成少数不固氮的白色小根瘤。３种突变体在低氮基质中生长30 d时，根鲜/干质量显著低于野生型（P<0.05），从40 d开始，地上部鲜/干质量、根鲜/干质量、株高和根长均显著低于野生型（P<0.05），在富氮基质中则无显著差异，表明这3种突变体的突变基因只与共生固氮相关，为草木樨共生固氮机制研究奠定了遗传材料基础。

关键词: 白花草木樨, 结瘤缺失型突变体, 共生固氮, 生物量

Abstract:

In order to elucidate the mechanism of symbiotic nitrogen fixation of Melilotus， nodulation-deletion mutants Ma58， Ma61 and Ma62 induced by ethylmethane sulfonate （EMS）， and wild-type Ma389 of Melilotus albus were studied and the nodulation phenotypes and biomass were analyzed after inoculation with Sinorhizobium meliloti SM1021. It was found that mutants Ma58 and Ma61 did not form infection lines and nodule primordia， while mutant Ma62 did not form infection lines and only formed a few small white nodules which did not fix nitrogen. The root fresh/dry weight of the three mutants was significantly lower than that of the wild type in low nitrogen substrate for 30 d （P<0.05）， and the aboveground fresh/dry weight， root fresh/dry weight， plant height and root length were significantly lower than those of the wild type from 40 d （P<0.05）. However， no significant differences were found when plants were grown in a nitrogen-rich substrate， indicating that the mutant genes of the three mutants were related only to symbiotic nitrogen fixation. This study has identified genetic resources for the study of the symbiotic nitrogen fixation mechanisms of Melilotus.

Key words: Melilotus albus, nodulation-deletion mutants, symbiotic nitrogen fixation, biomass

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图/表 8

图1 野生型与3种突变体的根毛接种苜蓿中华根瘤菌后的变化A~D：未接种的根毛；E~H：接种后3 d的根毛；红色箭头指向代表性的变形根毛。A-D： Uninoculated root hairs； E-H： Root hairs after inoculation 3 days； The red arrow points to representative deformed root hairs.

Fig.1 Responses of root hairs from wild-type and three mutants inoculated with SM1021

图2 野生型与3种突变体植株30 d时的根部结瘤表型*红色箭头指向根瘤。* The red arrow points to nodules.

Fig. 2 Root nodulation phenotypes of wild-type and three mutants at 30 days

图3 野生型与3种突变体植株30 d时的根瘤数*表示野生型与非结瘤突变体在0.05水平上差异有统计学意义；**表示在0.01水平上差异有统计学意义。下同。* indicates statistically significant difference between wild-type and non-nodulation mutants at 0.05 level； ** indicates statistically significant difference at the 0.01 level. The same below.

Fig.3 Nodule number of wild-type and three mutants at 30 days

图4 野生型Ma389与突变体Ma62的根瘤切片表型

Fig.4 Root nodule section phenotype of wild-type Ma389 and mutant Ma62

图5 低氮基质中野生型与3种突变体植株的生物量

Fig.5 Biomass of wild-type and three mutants in low nitrogen substrate

图6 低氮基质中野生型与3种突变体植株30 d时的表型

Fig.6 Phenotypes of wild-type and three mutants at 30 days in low nitrogen substrate

图7 富氮基质中野生型与3种突变体植株的生物量

Fig.7 Biomass of wild-type and three mutants in rich nitrogen substrate

图8 富氮基质中野生型与3种突变体植株30 d时的表型

Fig.8 Phenotypes of wild-type and three mutants at 30 days in rich nitrogen substrate

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